JP2010183935A - 超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波診断装置において、操作者が針先部分の位置を簡便に視認できること。
【解決手段】超音波診断装置１０は、超音波プローブを制御して、穿刺針の針先部分からの反射信号が針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく超音波の送受信と、穿刺針の針先部分からの反射信号が実質部分に対して比較的弱い第２の送受信条件に基づく超音波の送受信と、第１の送受信条件及び第２の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく超音波の送受信とを順次行なわせ、第１の送受信条件のエコー信号に基づく第１画像、第２の送受信条件のエコー信号に基づく第２画像、及び、第３の送受信条件のエコー信号に基づく第３画像をそれぞれ生成する画像生成制御部３１と、第１画像及び第２画像に差分処理を施して差分画像を生成する差分画像生成部と、差分画像及び第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する重畳画像生成部と、重畳画像を表示するディスプレイ１４と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２次元スキャン及びリアルタイム３次元スキャンが可能な技術に係り、特に、操作者が穿刺針の針先部分の位置を簡便に視認できるように、針先部分を強調して表示する超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムに関する。

超音波診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医用診断装置である。超音波診断装置は、他の医用診断装置に比べ、小型で安価、Ｘ線等の被曝がなく安全性が高い、血流イメージングが可能等の特長を有し、心臓、腹部、泌尿器及び産婦人科等で広く利用されている。

また、超音波診断装置は、画像診断のみばかりでなく、例えば肝細胞癌の局所治療法としてラジオ波焼灼療法（ＲＦＡ）や肝細胞組織を検査する生検等でも用いられる。これらの治療・検査においては、穿刺針を用いて、腫瘍等の関心部位に正確に穿刺を行なわなければならない。そのため、穿刺針が生体内のどの場所まで侵入しているかを明確に把握するために、リアルタイムで関心領域及び穿刺針をモニタリング可能な超音波診断装置が利用される。特に、近年では、コンピュータの高速化により、表示にリアルタイム３次元超音波画像を用いる場合もある。その場合において、穿刺治療中に３次元データ上に穿刺針位置を表示したり、穿刺針の方向をマーカ表示したりする方法がいくつか提案されている（例えば、特許文献１参照。）。手軽でリアルタイムの観察が簡便に行える超音波診断装置は、生検や、癌の局所焼妁治療の際の穿刺針の針先部分と病変位置のモニタリングのためにしばしば使用される。

また、近年ではリアルタイムにボリュームスキャンが可能な超音波診断装置が登場し、従来困難であった、超音波プローブのスライス方向の針位置情報が分かるようになり、生検や焼妁治療の精度向上の期待が高い。

特開平６−２０５７７６号公報

しかしながら、従来の超音波診断装置では、映像化された穿刺針の針先部分が背景の画像に埋もれるなどして、視認性が悪い場合があり、操作者に負荷を与えてしまう。また、穿刺針の針先部分の正確な位置が分からないために、計画した組織の位置と異なる位置の組織を採取してしまったり、異なる位置で焼妁治療を行なってしまったりと、十分な治療効果が得られないという危険性がある。

また、リアルタイムにボリュームスキャンが可能な超音波診断装置を利用する場合、穿刺針の針先部分の視認性が不十分で、期待された効果が得られるに至っていないという問題がある。

さらに、穿刺針の針先部分の視認性を向上させるための様々な研究が行なわれており、例えばエッジ強調等の画像処理フィルタを用いる方法等がある。しかしながら、針先部分だけを分離することが困難であり、針先部分以外の実質部分が影響を受けるなどし、実用まで至らなかった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、穿刺針のモニタリングにおいて、操作者が穿刺針の針先部分の位置を簡便に視認できる超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、被検体に刺入するための穿刺針と、前記穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブと、前記超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的弱い第２の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件及び前記第２の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる制御手段と、前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、前記第２の送受信条件による前記エコーに基づく第２画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する基本画像生成手段と、前記第１画像及び前記第２画像に差分処理を施して差分画像を生成する差分画像生成手段と、前記差分画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する重畳画像生成手段と、前記重畳画像を表示する表示手段と、を有する。

また、本発明に係る超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、被検体に刺入するための穿刺針と、前記穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブと、前記超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる制御手段と、前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する基本画像生成手段と、前記第１画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する重畳画像生成手段と、前記重畳画像を表示する表示手段と、を有する。

本発明に係る超音波診断装置の制御プログラムは、上述した課題を解決するために、コンピュータに、被検体に刺入するための穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的弱い第２の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件及び前記第２の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる機能と、前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、前記第２の送受信条件による前記エコーに基づく第２画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する機能と、前記第１画像及び前記第２画像に差分処理を施して差分画像を生成する機能と、前記差分画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する機能と、前記重畳画像を表示する機能と、を実現させる。

また、本発明に係る超音波診断装置の制御プログラムは、上述した課題を解決するために、コンピュータに、被検体に刺入するための穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる制御手段と、前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する機能と、前記第１画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する機能と、前記重畳画像を表示する機能と、を実現させる。

本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムによると、穿刺針のモニタリングにおいて、操作者が穿刺針の針先部分の位置を簡便に視認できる。

本実施形態の超音波診断装置の構成を示す概略図。 本実施形態の超音波診断装置の機能を示すブロック図。 スキャンシーケンスの一例を示す図。 画像生成制御部像による制御によって画像生成回路が生成する画像の一例を示す図。 ２点（穿刺針の針先部分−実質部分）をプロットした肝臓の画像の一例を示す図。 針先部分と実質部分とのＲＦ信号の周波数スペクトルの一例を示す図。 画像生成制御部像による制御によって画像生成回路が生成する画像の一例を示す図。 差分画像の一例を示す図。 重畳画像の一例を示す図。 差分画像内の穿刺ガイドラインを含む限定領域を示す図。 差分ボリュームデータ内の第１座標及び第２座標に基づく本実施形態の穿刺ラインを示す図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は三次元スキャンを行なう場合における従来の穿刺ガイドラインの表示例を示す図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は三次元スキャンを行なう場合における本実施形態の穿刺ラインの表示例を示す図。

本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムの実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１は、本実施形態の超音波診断装置１０を示す。その超音波診断装置１０は、大きくは、穿刺アダプタ１１、超音波プローブ１２、装置本体１３、ディスプレイ１４及び操作パネル１５によって構成される。

穿刺アダプタ１１は、例えば、超音波プローブ１２に所定の角度に固定される。穿刺アダプタ１１には、被検体（患者）Ｐの体表面から体内の穿刺対象（腫瘍）にかけての領域に刺入される穿刺針（ニードル）１１ａが装着される。

超音波プローブ１２は、装置本体１３からの駆動パルスを基に患者Ｐの穿刺対象を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波パルスを送信すると共に、送信された超音波パルスに対応するエコーを受信して電気信号に変換する圧電振動子群を有する。超音波プローブ１２の圧電振動子群からスキャン領域に超音波パルスが送信されると、その超音波パルスによって形成される超音波ビームは、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射される。その反射されたエコーを圧電振動子群によって受信する。受信されたエコーは圧電振動子群にてエコー信号に変換される。エコー信号の振幅は、反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合、送信された超音波パルスに対応するエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。

超音波プローブ１２としては、例えば、機械式三次元プローブ及び２Ｄプローブ（マトリクスアレイプローブ）等が挙げられる。機械式三次元プローブは、Ｘ軸方向（アジマス方向）のみに多数（例えば、１００乃至２００個）配列された圧電振動子群を機械的に煽動可能なプローブであるか、Ｘ軸方向に多数、Ｙ軸方向（エレベーション方向）に少数（例えば、３個）配列された圧電振動子群を機械的に煽動可能なプローブである。また、２Ｄプローブは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に多数の圧電振動子が配列されたプローブである。

超音波プローブ１２が機械式三次元プローブである場合、超音波パルスをＸ軸方向に収束してＺ軸方向（深さ方向）に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｘ軸方向に多数配列された圧電振動子によって電子的にフォーカスを行なう。一方、超音波プローブ１２が機械式三次元プローブである場合、超音波パルスをＹ軸方向に収束してＺ軸方向に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｙ軸方向に１個の圧電振動子の超音波照射側に音響レンズを備えたり、圧電振動子を凹面振動子としたりすることが好適である。又は、超音波プローブ１２が機械式三次元プローブである場合、超音波パルスをＹ軸方向に収束してＺ軸方向に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｙ軸方向に少数の圧電振動子の超音波照射側に音響レンズを備えたり、焦点のＺ軸方向の位置に応じてＹ軸方向に少数の圧電振動子の駆動個数を変化させたりする。機械式三次元プローブを用いて三次元領域をスキャンする場合、圧電振動子群を煽動させながら、超音波パルスによって形成される超音波ビームによって複数の２Ｄ断面（Ｘ−Ｚ断面）をスキャンする。

超音波プローブ１２が２Ｄプローブである場合、超音波パルスをＸ軸方向及びＹ軸方向に収束してＺ軸方向に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に多数配列された圧電振動子によって電子的にフォーカスを行なう。２Ｄプローブを用いて三次元領域をスキャンする場合、電子的に超音波パルスの送信面をＹ軸方向にずらしながら、超音波パルスによって形成される超音波ビームによって複数のＸ−Ｚ断面をスキャンする。

装置本体１３は、送受信回路２１、信号処理回路２２、画像生成回路２３、画像メモリ２４、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）２５、内部記憶装置２６、ＩＦ（ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ）２７及び外部記憶装置２８を備える。なお、本実施形態では、送受信回路２１、信号処理回路２２及び画像生成回路２３は、集積回路として構成されるものとして説明するが、それら全部又は一部はソフトウェア的にモジュール化されたソフトウェアプログラムの実行によって機能されるものであってもよい。

送受信回路２１は、図示しない送信回路及び受信回路を設ける。送信回路は、図示しないパルサ回路、送信遅延回路及びトリガ発生回路等を有する。パルサ回路は、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、送信遅延回路は、超音波をチャンネル毎にビーム状に集束し、かつ、送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与える。トリガ発生回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１２の圧電振動子に駆動パルスを印加する。

なお、送受信回路２１の送信回路は、ＣＰＵ２５の指示に従って、送信周波数、送信駆動電圧（音圧）、送信パルスレート、スキャン領域及びフラッシュ回数等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に音圧の変更については、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信部又は複数の電源部を電気的に切り替える機構によって実現される。

送受信回路２１の受信回路は、図示しないアンプ、受信遅延回路、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路及び加算回路等を有する。アンプでは、超音波プローブ１２を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。受信遅延回路は、アンプによって増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。Ａ／Ｄ変換回路は、受信遅延回路から出力されるエコー信号をデジタル信号に変換する。加算回路は、デジタルのエコー信号に対して加算処理を行なう。加算回路による加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成され、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が生成される。

信号処理回路２２は、Ｂモード処理回路２２ａ及びドプラ処理回路２２ｂを備える。Ｂモード処理回路２２ａは、送受信回路２１から取得されるＲＦ信号に対して、対数増幅及び包絡線検波処理等を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるＢモード画像を生成する。その場合、検波周波数を変化させることで、映像化する周波数帯域を変えることができる。また、一つの受信データに対して、２つの検波周波数による検波処理を並列に行なうことも可能である。

ドプラ処理回路２２ｂは、送受信回路２１から取得されるＲＦ信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散及びパワー等の血流情報を多点について求める。ドプラ処理回路２２ｂは、血流情報としての平均速度画像、分散画像、パワー画像及びこれらの組み合わせたドプラ画像を生成する。

画像生成回路２３は、信号処理回路２２から出力される超音波スキャンの走査線信号列の断面画像をテレビ等に代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列の断面画像に変換する。画像生成回路２３は、画像を格納する記憶メモリ（図示しない）を搭載しており、例えば診断の後に操作者（ユーザ）が検査中に記録された画像を呼び出すことが可能となっている。また、画像生成回路２３は、断面画像を基にボリュームデータを形成する。

画像メモリ２４は、信号処理回路２２及び画像生成回路２３から出力される画像を記憶する記憶装置である。画像メモリ２４には、異なる送受信条件で得られた画像が並列に格納される。画像メモリ２４には、信号処理回路２２から出力されるいわゆるＲＡＷデータ（生データ）と呼ばれる変換前のデータ形式の断面画像や、画像生成回路２３から出力されるビデオフォーマット変換後のデータ形式の断面画像や、画像生成回路２３から出力される、ビデオフォーマット変換後のデータ形式の断面画像に基づくボリュームデータが記憶される。

ＣＰＵ２５は、半導体で構成された電子回路が複数の端子を持つパッケージに封入されている集積回路（ＬＳＩ）の構成をもつ制御装置である。ＣＰＵ２５は、内部記憶装置２６に記憶しているプログラムを実行する機能を有する。又は、ＣＰＵ２５は、外部記憶装置２８に記憶しているプログラム、ネットワークＮから転送されＩＦ２７で受信されて外部記憶装置２８にインストールされたプログラムを、内部記憶装置２６にロードして実行する機能を有する。

内部記憶装置２６は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等の要素を兼ね備える構成をもつ記憶装置である。内部記憶装置２６は、ＩＰＬ（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｌｏａｄｉｎｇ）、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）及びデータを記憶したり、ＣＰＵ２５のワークメモリやデータの一時的な記憶に用いたりする機能を有する。

ＩＦ２７は、パラレル接続仕様やシリアル接続仕様に合わせたコネクタによって構成される。ＩＦ２７は、操作パネル１５、病院基幹のＬＡＮ（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮ、外部記憶装置２８及び操作パネル１５等に関するインターフェースである。装置本体１３によって生成された画像は、ＩＦ２７によって、ネットワークＮを介して他の装置に転送可能である。

外部記憶装置２８は、磁性体を塗布又は蒸着した金属のディスクが読み取り装置（図示しない）に着脱不能で内蔵されている構成をもつ記憶装置である。外部記憶装置２８は、装置本体１３にインストールされたプログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）等も含まれる）を記憶する機能を有する。また、ＯＳに、操作者に対する情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を操作パネル１５によって行なうことができるＧＵＩ（ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を提供させることもできる。

内部記憶装置２６又は外部記憶装置２８は、本発明に係る超音波診断プログラム等の制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）及び医師の所見等）、診断プロトコル、送受信条件及びその他のデータ群を格納している。さらに、内部記憶装置２６又は外部記憶装置２８に記憶されたデータは、ＩＦ２７を介してネットワークＮ網へ転送することも可能となっている。

ディスプレイ１４は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）等によって構成される。ディスプレイ１４は、画像生成回路２３からのビデオ信号に基づいて、二次元データや三次元データを種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に表示する機能を有する。

操作パネル１５は、トラックボール１５ａ、各種スイッチ１５ｂ、ボタン１５ｃ、マウス１５ｄ及びキーボード１５ｅ等によって構成される。操作パネル１５は、装置本体１３に接続され、操作者からの各種指示、例えば、関心領域（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の設定指示、画質条件設定指示等を装置本体１３に入力する機能を有する。操作者は、操作パネル１５を介して、超音波プローブ１２から送信される超音波パルスの送信周波数、送信駆動電圧（音圧）、送信パルスレート、スキャン領域、穿刺モード開始及び造影剤破壊（フラッシュ）指示や、受信条件等を装置本体１３に入力することができる。

図２は、本実施形態の超音波診断装置１０の機能を示すブロック図である。

図１に示すＣＰＵ２５がプログラムを実行することによって、超音波診断装置１０は、画像生成制御部３１、差分画像生成部３２及び重畳画像生成部３３を有する。なお、差分画像生成部３２は、超音波診断装置１０に必須の構成要素ではない。また、本実施形態では、各部３１乃至３３は、ソフトウェア的にモジュール化されたソフトウェアプログラムの実行によって機能されるものとして説明するが、それら全部又は一部は集積回路等のハードウェアで構成されるものであってもよい。

画像生成制御部３１は、送受信回路２１を制御して、各ラスタ（走査線）について、穿刺針１１ａの針先部分からの反射信号が針先部分以外の実質部分に対して比較的強くなる第１の送受信条件による超音波送受信と、穿刺針１１ａの針先部分からの反射信号が実質部分に対して比較的弱くなる第２の送受信条件による超音波送受信と、第１の送受信条件及び第２の送受信条件とは異なる第３の送受信条件による超音波送受信とを順次行なわせる機能を有する。

図３は、スキャンシーケンスの一例を示す図である。

図３に示すように、超音波プローブ１２は、画像生成制御部３１による制御の下、第１ラスタＬ１に関して、第１の送受信条件に基づく超音波送受信を行ない、続けて、第２の送受信条件に基づく超音波送受信を行ない、続けて、第３の送受信条件に基づく超音波送受信を行なう。次いで、超音波プローブ１２は、画像生成制御部３１による制御の下、第２ラスタＬ２について、第１の送受信条件に基づく超音波送受信を行ない、続けて、第２の送受信条件に基づく超音波送受信を行ない、続けて、第３の送受信条件に基づく超音波送受信を行なう。次いで、超音波プローブ１２は、画像生成制御部３１による制御の下、第３ラスタＬ３について、第１の送受信条件に基づく超音波送受信を行ない、続けて、第２の送受信条件に基づく超音波送受信を行ない、続けて、第３の送受信条件に基づく超音波送受信を行なう。なお、各ラスタにおける超音波送受信の順序は、図３に示す場合に限定されるものではなく、例えば、第２の送受信条件に基づく超音波送受信、第３の送受信条件に基づく超音波送受信、第１の送受信条件に基づく超音波送受信の順でもよい。

また、図２に示す画像生成制御部３１は、信号処理回路２２及び画像生成回路２３を制御して、第１の送受信条件によるスキャンに基づく第１画像（第１断面画像、第１ボリュームデータ）と、第２の送受信条件によるスキャンに基づく第２画像（第２断面画像、第２ボリュームデータ）と、第３の送受信条件によるスキャンに基づく第３画像（第３断面画像、第３ボリュームデータ）とを生成して、画像メモリ２４に記憶させる機能を有する。

なお、画像生成制御部３１は、第１の送受信条件、第２の送受信条件及び第３の送受信条件の送信条件を同一と設定する一方、受信条件をそれぞれ異ならせるように設定してもよい。その場合、１回の超音波送信で３つの送受信条件に相当する３種類の画像が得られる。よって、第１の送受信条件、第２の送受信条件及び第３の送受信条件の送信条件を異ならせる場合と比較して、１／３の送信時間で済むことから、通常のフレームレート（ボリュームデータの場合はボリュームレート）で差分処理や重畳処理が行なえる長所がある。

また、第１の送受信条件、第２の送受信条件及び第３の送受信条件の送信条件を同一とする一方、受信条件を異ならせる場合、画像生成制御部３１は、第１の送受信条件を、エコー信号のうち低周波帯域を映像化するための条件として設定し、第２の送受信条件及び第３の送受信条件を、エコー信号のうち比較的狭帯域な高周波帯域で映像化する条件として設定する構成とする。又は、第１の送受信条件、第２の送受信条件及び第３の送受信条件の送信条件を同一とする一方、受信条件を異ならせる場合、画像生成制御部３１は、比較的広いビーム音場、比較的広い超音波プローブ１２の受信開口を第１の送受信条件として設定し、比較的狭いビーム音場、比較的狭い超音波プローブ１２の受信開口を第２の送受信条件及び第３の送受信条件として設定する構成とする。

図４は、画像生成制御部３１による制御によって画像生成回路２３が生成する画像の一例を示す図である。図４の左側は、被検体Ｐとしての寒天ファントムに、穿刺針１１ａが刺入された状態で生成される第３画像を示し、図４の右側は、寒天ファントムに、穿刺針１１ａが刺入された状態で生成される第１画像を示す。

図４の右側に示す第１画像によると、穿刺針１１ａの針先部分以外のファントム部分の濃淡についてはそれほど大きな違いがないのに対し、針先部分のみの濃淡が大きく異なっている。図４の右側に示す第１画像では、図４の左側に示す第３画像と比較して、穿刺針１１ａの針先部分がファントム部分と明瞭に区別できる。

図５は、２点（穿刺針１１ａの針先部分−実質部分）をプロットした肝臓の画像の一例を示す図である。図６は、針先部分と実質部分とのＲＦ信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。

図６に示すように、穿刺針１１ａの針先部分以外の実質部分からのＲＦ信号に比べて、針先部分からのＲＦ信号には高周波成分が少ない。これは、穿刺針１１ａの針先部分では、ハーモニック成分の発生が少ないことや、低周波の方が超音波ビームに広がりがあり穿刺針１１ａの針先部分で散乱する反射信号を拾い易いこと等による。よって、映像化する周波数帯域を狭帯域でかつ比較的高い周波数帯域に設定する場合、穿刺針１１ａの針先部分からの信号が少ない画像が得られるので、第２の送受信条件や第３の送受信条件に適している。一方、比較的低い周波数帯域を映像化すると穿刺針１１ａの針先部分が明瞭に区別される画像が得られるので、第１の送受信条件に適している。

図７は、画像生成制御部３１による制御によって画像生成回路２３が生成する画像の一例を示す図である。

図７の左上側は、第１の送受信条件によって生成される穿刺針１１ａを刺した寒天ファントムの第１画像を示し、図７の左下側は、第３の送受信条件によって生成される穿刺針１１ａを刺した寒天ファントムの第３画像を示す。また、図７の右上側は、第１の送受信条件によって生成される被検体Ｐとしての肝臓の第１画像を示し、図７の右下側は、第３の送受信条件によって生成される肝臓の第３画像を示す。

図７の左側の上下に示される寒天ファントムの第１画像及び第３画像を比較すると、第１画像の場合、前述したように、穿刺針１１ａの針先部分は明瞭に区別される一方、第３画像の場合、穿刺針１１ａの針先部分は明瞭ではない。また、図７の右側の上下に示される肝臓の第１画像及び第３画像を比較すると、分解の違いでスペックルの細かさなど小さな違いはあるものの、ほとんど差異は見られない。

また、図２に示す差分画像生成部３２は、画像生成制御部３１による制御によって画像メモリ２４が記憶する第１画像及び第２画像に差分処理を施して差分画像（差分断面画像、差分ボリュームデータ）を生成する機能を有する。又は、差分画像生成部３２は、画像生成制御部３１による制御によって画像生成回路２３が生成する第１画像及び第２画像に対して実質部分の輝度が同程度になるようにゲイン補正をそれぞれ施した後に、第１画像に基づく第１補正画像（第１補正ボリュームデータ）及び第２画像に基づく第２補正画像（第２補正ボリュームデータ）に差分処理を施して差分画像を生成する機能を有する。なお、差分画像生成部３２は、通常のビデオフォーマットに変換された後の第１画像及び第２画像を基に差分処理を行なってもよいし、ＲＡＷデータとしての第１画像及び第２画像を基に差分処理を行なってもよい。

図８は、差分画像の一例を示す図である。

図８の左側に示す寒天ファントムの差分画像と、図８の右側に示す肝臓の差分画像とによると、多少ノイズが含まれているものの、寒天ファントムの差分画像では、穿刺針１１ａの針先部分が抽出される一方、肝臓の差分画像では、組織がキャンセルされている。すなわち、生体内に穿刺針１１ａを刺入している場合、差分画像によって穿刺針１１ａのみを抽出可能である。

また、図２に示す重畳画像生成部３３は、差分画像生成部３２によって生成される差分画像、及び、画像生成制御部３１による制御によって画像メモリ２４が記憶する第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する機能を有する。又は、重畳画像生成部３３は、画像生成制御部３１による制御によって画像メモリ２４が記憶する第１画像及び第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する機能を有する。なお、画像生成制御部３１による制御によって三次元スキャンが行なわれると、重畳画像生成部３３は、差分画像生成部３２によって生成される差分画像としての差分ボリュームデータ、及び、画像生成制御部３１による制御によって画像メモリ２４が記憶する第３画像としての第３ボリュームデータに含まれる任意の断面について重畳処理を実行して重畳画像を生成する。

図９は、重畳画像の一例を示す図である。

図９に示すように、穿刺針１１ａの針先部分によって構成される差分画像が第３画像とは異なる色調で映像化されると、操作者は、穿刺針１１ａの針先部分の位置が簡単に視認できる。また、従来、穿刺針１１ａの進路をモニタリングする場合に、穿刺針１１ａの針先部分を見えやすくするために周波数を下げたり、ビームを広げたりして、通常の生体を観察する画質より劣化する送受信条件を使わなくてはならならず、実質部分の表示に適さなかった。しかし、重畳画像生成部３３によって重畳画像を生成して表示する場合、穿刺針１１ａの針先部分の表示に有効な差分画像と、実質部分の表示に有効な第３の送受信条件で得られた第３画像とを重畳して表示することができる。なお、操作者が操作パネル１５のスイッチ１５ｂ等を操作することで、差分画像、重畳画像、第１画像（第１補正画像）、第２画像（第２補正画像）、及び第３画像の表示を任意のタイミングで切り替えることも可能である。

ここで、実際に被検体Ｐとしての生体に穿刺針１１ａを刺入する場合、差分画像生成部３２による差分処理で実質部分が完全にキャンセルされずに差分画像上に残ってしまう場合がある。そこで、重畳画像生成部３３は、穿刺針１１ａの穿刺ガイドラインｇ（図１０に図示）を含む限定領域を差分画像内に設定し、領域限定された差分画像と第３画像とを基に重畳処理を実行してもよい。また、重畳画像生成部３３は、差分画像から比較的高い周波数帯域（閾値以上の周波数帯域）を除去するフィルタ処理を施してもよい。その場合、重畳画像生成部３３は、フィルタ処理後の差分画像と第３画像とを基に重畳処理を実行する。なお、重畳画像生成部３３は、差分画像の全体ではなく、穿刺ガイドラインＧを含む限定領域のみにフィルタ処理を施し、フィルタ処理後の領域限定された差分画像と全体領域の第３画像とを基に重畳処理を実行してもよい。

また、本実施形態の超音波診断装置１０によると、差分画像上における穿刺針１１ａの針先部分の実質部分からの分離が容易なため、差分画像を用いて、穿刺針１１ａを備える穿刺アダプタ１１の位置情報によって、刺入された実際（現在）の穿刺針１１ａの針先部分を検出することができる。よって、画像生成制御部３１による制御によって差分ボリュームデータが生成される場合、重畳画像生成部３３は、差分ボリュームデータを基に穿刺針１１ａの針先部分の座標を認識できる。例えば、重畳画像生成部３３は、差分ボリュームデータに対してノイズ除去処理や２値化処理等の前処理を行なって検出される穿刺針１１ａの針先部分の重心を穿刺針１１ａの針先部分の第１座標［ｘ１，ｙ１，ｚ１］（差分断面画像の場合は第１座標［ｘ１，ｙ１］）として求める。また、穿刺アダプタ１１と超音波プローブ１２の相対的な位置関係は既知なので、重畳画像生成部３３は、穿刺針１１ａの針先部分が必ず通過する穿刺アダプタ１１上の第２座標［ｘ２，ｙ２，ｚ２］を求めることができる。

以上のように、重畳画像生成部３３は、求められた差分ボリュームデータ内の第１座標及び第２座標を基に、第１座標及び第２座標を通る本実施形態の実際の穿刺ラインＧ（図１１に図示）を認識することができる。穿刺ラインＧはディスプレイ１４に表示される。

図１２は、三次元スキャンを行なう場合における従来の穿刺ガイドラインｇの表示例を示す図である。図１２は、差分画像生成部３２によって生成される差分画像としての差分ボリュームデータ、及び、画像生成制御部３１による制御によって画像メモリ２４が記憶する第３画像としての第３ボリュームデータの直交３断面について重畳処理を実行して生成される重畳画像である。

図１２（ａ）は事前に設定された穿刺ガイドラインｇ上の第１断面（Ａプレーン）の画像を、図１２（ｂ）は第１断面に直交し、かつ、事前に設定された穿刺ガイドラインｇ上の第２断面（カットプレーン）の画像を、図１２（ｃ）は第２断面に垂直な第３断面（カットプレーン）の画像を示している。各画像は、動画として表示される。従来技術によると、第１座標は最終的に穿刺針１１ａの針先部分を刺入したい穿刺対象の位置に設定されるが、体内に刺入された穿刺針１１ａの針先部分が穿刺ガイドラインｇから逸れてしまうと、各画像から穿刺針１１ａの像が消えてしまい、操作者は、穿刺針１１ａの位置を視認できなくなる。

図１３は、三次元スキャンを行なう場合における本実施形態の穿刺ラインＧの表示例を示す図である。

図１３（ａ）〜（ｃ）は、図１２（ａ）〜（ｃ）と同一断面の画像をそれぞれ示している。重畳画像生成部３３によって実際に検出される針先部分の第１座標を基に穿刺針１１ａの穿刺ラインＧを適宜演算するので、穿刺ラインＧが三次元座標系の場合、三次元座標系の穿刺ラインＧを各断面に投影した投影穿刺ラインＧ´を図１３（ａ），（ｂ）に示すように表示できる。なお、図１３（ｃ）に示すように、第３断面の画像については、穿刺ラインＧと第３断面との交点を中心に円を表示することで、穿刺針１１ａの針先部分の予想到達位置を表示することができる。よって、操作者は穿刺針１１ａの正確な位置を把握することができ、迅速で正確な穿刺を行なうことが可能となる。なお、事前に設定された穿刺ガイドラインｇから穿刺針１１ａが逸れた場合、穿刺ラインＧが各断面上に表示されるように、自動的に断面位置を変更するように構成してもよい。

また、画像メモリ２４には、画像生成制御部３１による制御によって、複数フレームの第１画像、複数フレームの第２画像及び複数フレームの第３画像をそれぞれ記憶している。重畳画像生成部３３は、差分画像に基づき、各ピクセルで経時的に変化する輝度の最大値を保持した輝度最大値画像を生成し、その輝度最大値画像とライブの第３画像とを基に重畳画像を生成する。輝度最大値画像及びライブの第３画像に基づく重畳画像を順次生成・表示することで、穿刺針１１ａを体内に刺入した時に、穿刺針１１ａの針先部分の軌跡が動画として表示され、穿刺針１１ａのモニタリングにおける穿刺針１１ａの視認性が向上する。従来は、第３画像を用いて輝度の最大値を保持した画像を生成する場合、実質部分のピクセルについても輝度の最大値が保持されるので輝度の最大値を保持した画像の生成が利用できなかった。

本実施形態の超音波診断装置１０によると、穿刺針１１ａのモニタリングにおいて、穿刺針１１ａの針先部分のみを強調して針先部分を含む被検体の画像を表示することで、操作者が針先部分の位置を簡便に視認できる。

１０ 超音波診断装置
１１ 穿刺アダプタ
１１ａ 穿刺針
１２ 超音波プローブ
１３ 装置本体
１４ ディスプレイ
１５ 操作パネル
２１ 送受信回路
２２ 信号処理回路
２３ 画像生成回路
３１ 画像生成制御部
３２ 差分画像生成部
３３ 重畳画像生成部
Ｇ 穿刺ライン

Claims (16)

1. 被検体に刺入するための穿刺針と、
   前記穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブと、
   前記超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的弱い第２の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件及び前記第２の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる制御手段と、
   前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、前記第２の送受信条件による前記エコーに基づく第２画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する基本画像生成手段と、
   前記第１画像及び前記第２画像に差分処理を施して差分画像を生成する差分画像生成手段と、
   前記差分画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する重畳画像生成手段と、
   前記重畳画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記第１画像及び前記第２画像に対してゲイン補正を行なって第１補正画像及び第２補正画像をそれぞれ生成する補正手段をさらに有し、前記差分画像生成手段は、前記第１補正画像及び前記第２補正画像に前記差分処理を施す構成とすることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 被検体に刺入するための穿刺針と、
   前記穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブと、
   前記超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる制御手段と、
   前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する基本画像生成手段と、
   前記第１画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する重畳画像生成手段と、
   前記重畳画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
4. 前記重畳画像生成手段は、前記重畳処理の元データとしての前記第１画像又は前記差分画像内に前記穿刺針のガイドラインを含む限定領域を設定し、領域限定された前記第１画像又は前記差分画像と全体領域の前記第３画像とを基に前記重畳処理を実行する構成とすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記重畳処理の元データとしての前記第１画像又は前記差分画像から閾値以上の周波数帯域を除去するフィルタ処理を施す処理手段をさらに有し、前記重畳画像生成手段は、前記フィルタ処理後の前記第１画像又は前記差分画像と前記第３画像とを基に前記重畳処理を実行する構成とすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
6. 前記処理手段は、前記穿刺針のガイドラインを含む限定領域のみに前記フィルタ処理を施し、前記フィルタ処理後の領域限定された前記第１画像又は前記差分画像と全体領域の前記第３画像とを基に前記重畳処理を実行する構成とすることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記基本画像生成手段は、複数フレームの前記第１画像、複数フレームの前記第２画像及び複数フレームの前記第３画像をそれぞれ生成することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
8. 前記重畳画像生成手段は、フレーム毎に、前記重畳処理の元データとしての前記第１画像又は前記差分画像に基づき、各ピクセルで経時的に変化する輝度の最大値を保持した輝度最大値画像を生成し、前記輝度最大値画像と前記第３画像とを基に前記重畳処理を実行する構成とすることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記基本画像生成手段は、前記第１の送受信条件を基に前記三次元のスキャン領域に関する断面画像群から前記第１画像としての第１ボリュームデータを生成し、前記第２の送受信条件を基に前記三次元のスキャン領域に関する断面画像群から前記第２画像としての第２ボリュームデータを生成し、前記第３の送受信条件を基に前記三次元のスキャン領域に関する断面画像群から前記第３画像としての第３ボリュームデータを生成することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 前記重畳処理の元データとしての前記第１ボリュームデータ、又は、前記第１ボリュームデータ及び前記第２ボリュームデータに基づく前記差分ボリュームデータを基に前記針先部分の位置を検出し、前記位置と前記穿刺針を備える穿刺アダプタの位置情報とを基に前記三次元のスキャン領域内の前記穿刺針の穿刺ラインを演算し、前記穿刺ラインを前記重畳画像に付加する付加手段をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
11. 前記重畳画像生成手段は、前記重畳画像としての直交３断面画像を生成し、
    前記表示手段は、前記直交３断面画像に、前記針先部分の位置を投影する構成とすることを特徴とする請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 前記制御手段は、前記第１の送受信条件、前記第２の送受信条件、及び前記第３の送受信条件の送信条件を同一とする一方、受信条件を異ならせる構成とすることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
13. 前記制御手段は、前記第１の送受信条件を、前記エコー信号のうち低周波帯域を映像化するための条件として設定し、前記第２の送受信条件及び前記第３の送受信条件を、前記エコー信号のうち比較的狭帯域な高周波帯域で映像化する条件として設定する構成とすることを特徴とする請求項１２に記載の超音波診断装置。
14. 前記制御手段は、比較的広いビーム音場、比較的広い前記超音波プローブの受信開口を前記第１の送受信条件として設定し、比較的狭いビーム音場、比較的狭い前記超音波プローブの受信開口を前記第２の送受信条件及び前記第３の送受信条件として設定する構成とすることを特徴とした請求項１２に記載の超音波診断装置。
15. コンピュータに、
    被検体に刺入するための穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的弱い第２の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件及び前記第２の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる機能と、
    前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、前記第２の送受信条件による前記エコーに基づく第２画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する機能と、
    前記第１画像及び前記第２画像に差分処理を施して差分画像を生成する機能と、
    前記差分画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する機能と、
    前記重畳画像を表示する機能と、
    を実現させることを特徴とする超音波診断装置の制御プログラム。
16. コンピュータに、
    被検体に刺入するための穿刺針の針先部分を含む二次元又は三次元のスキャン領域に対して超音波を送信し、前記超音波に基づくエコーを受信する超音波プローブを制御して、前記穿刺針の針先部分からの反射信号が前記針先部分以外の実質部分に対して比較的強い第１の送受信条件に基づく前記超音波の送受信と、前記第１の送受信条件以外の第３の送受信条件に基づく前記超音波の送受信とを順次行なわせる制御手段と、
    前記第１の送受信条件による前記エコーに基づく第１画像、及び、前記第３の送受信条件による前記エコーに基づく第３画像をそれぞれ生成する機能と、
    前記第１画像及び前記第３画像を基に重畳処理を実行して重畳画像を生成する機能と、
    前記重畳画像を表示する機能と、
    を実現させることを特徴とする超音波診断装置の制御プログラム。